Применение эффекта
Для исследования природы явления Керра немаловажно решение вопроса о длительности процессов, приводящих к возникновению или исчезновению двойного лучепреломления в электрическом поле.
Измерение времени существования явления Керра было начато Абрагамом и Лемуаном (1899 г.) и несколько раз повторялось вплоть до 1939 г. Во всех этих работах не удавалось измерить искомое время с удовлетворительной точностью, но можно было только сказать, что оно меньше 10-8 с, а в некоторых случаях даже меньше 10-9 с.
Количественное определение времени существования явления Керра удалось произвести только с применением мощных и коротких импульсов лазерного света. На рис.20 представлена схема опыта.
Мощный импульс света с длиной волны λ = 1,06 мкм и длительностью порядка 10-12 с проходит через кристалл дигидрофосфата калия КН2РО4 , в котором небольшая его часть превращается в свет с удвоенной частотой, т.е. его длина волны λ = 0,53 мкм. Зеркало S1 пропускает инфракрасный свет и отражает зеленый, а зеркало S2 пропускает зеленый и отражает инфракрасный. За зеркалом S2 расположена ячейка с изучаемым веществом между скрещенными поляризаторами P1 и P2. После Р2 помещается светофильтр F, отсекающий инфракрасный и пропускающий на фотоумножитель (ФЭУ) только зеленый свет. Можно так расположить детали установки, чтобы оптические пути зеленого и инфракрасного лучей были одинаковыми. С помощью пластинок стекла D различной толщины можно задерживать прибытие зеленого луча в ячейку на различные промежутки времени.
Устройства различной конструкции, позволяющие создавать задержку в прибытии одного сигнала относительно другого, носят название линий задержки. Мощный импульс инфракрасного излучения создает в ячейке двойное лучепреломление, в результате которого зеленый свет также проходит через всю систему и достигает ФЭУ.
Рис. 20. Схема для определения времени исчезновения двойного лучепреломления
Если зеленый свет дойдет до ячейки раньше мощного импульса или много позже его, то он, разумеется, не сможет достигнуть ФЭУ. Во всех промежуточных случаях, которые можно осуществлять, меняя величину задержки, на ФЭУ будет попадать нарастающее количество света, которое достигнет максимума и затем начнет уменьшаться. Как показывают расчеты, время существования явления Керра, или, что то же самое, время релаксации анизотропии, может быть определено из хода убывания интенсивности света зеленого импульса в зависимости от разности времен прихода обоих импульсов.
Такие измерения показали, что время релаксации анизотропии в сероуглероде равно 2·10-12 с, а в нитробензоле 50·10-12 с. Полученные таким способом данные находятся в хорошем согласии с косвенными методами измерения этих величин. Ячейка Керра, работающая в электрическом поле короткого мощного светового импульса, может служить фотографическим затвором, который позволяет делать время экспозиции порядка 10-12 с. Она с успехом применяется для изучения длительности люминесценции и других молекулярных процессов. Ячейка Керра может служить для модуляции интенсивности света; необходимо только питать конденсатор напряжением высокой частоты.